直热式空气能热泵应用详解

　　热泵实质上是一种热量提升装置，其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。

　　直热式空气能热泵热水机组工作原理

　　1.压缩过程

　　蒸发后的运行工质被吸入压缩机，通过压缩机的压缩功能，将工质压缩成高压高温气体，使其对于较低温度的自来水易于放热、液化。

　　2.冷凝过程

　　从压缩机排出的高压高温工质被常温的自来水吸收热量而变成的液态工质。

　　3.节流过程

　　把液化后的工质送入热泵主机蒸发器之前，利用毛细管的压力差，使工质在保温水箱的冷凝器内冷凝降压，将它变成即使在低温下也易于蒸发的状态。

　　4.蒸发过程

　　液态工质从周围空气中吸收热量而不断蒸发汽化，被吸收热量后的空气变为“冷气”。

　　直热式空气能热泵热水机组性能特点

　　采用最先进的水路自控系统，保证出水温度恒定在60℃左右；

　　降低了系统压力，使压缩机运转更轻松，更节能，延长压缩机的寿命；

　　直接使用自来水压力，省去了循环水泵，减少投资，降低能耗；

　　直接补热水到水箱，防止大量用水导致水箱温度下降。可减小保温水箱的容积，从而降低了初投资。

　　直热式空气能热泵热水机组工程应用

　　1.工程概况

　　该项目为广东省东莞市某电子厂员工宿舍，主要是向宿舍全天提供生活热水。该工厂共有员工1000人。在综合对比了各种热水器的经济效益后，该工厂决定采用空气能热泵热水机组。

　　2.设计依据：

　　1）《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)；

　　2）《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003)；

　　3）《给水排水制图标准》(GB/T50106-2001)；

　　4）《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》(GB50242-2002)；

　　5）《建筑给排水设计手册》；

　　6）本工程依据业主提供的要求；

　　7）空气能热泵热水机性能特点；

　　8）根据国家规定的供热水标准设计规范进行设计；

　　3.设计参数：

　　东莞市年平均最低气温14℃，非常适合使用空气能热泵热水机组。

　　4.设计选型：

　　（1）设计用热水基本情况：每天供给55℃以上热水每人每天25L，即总共为25吨。

　　（2）设计选型过程：

　　空气能热泵热水机组选型重点在于冬季能满足高峰期的热水使用量。

　　在标准工况下，进水温度15℃时，热水出水温度55℃、即需温升40℃。

　　热负荷计算：

　　Q=CM△t=4.187×1000×25×(55℃-15℃)=4187000kJ。按照客户要求机组每天运行12小时，则所需热量为Q=4187000/3600×12=97kW

　　设备选型：选空气能热泵热水机PASHW130SB-2-C2台。

　　在标准工况下，单台机组额定制热量为45kW，2台机组额定制热量：45kW×2台=90kW。

　　直热式热泵热水机组的机型参数

　　直热式额定制热工况：室外干湿球温度：20℃/15℃，自来水进水温度15℃，出水温度55℃；

　　循环式额定制热工况：室外干湿球温度：20℃/15℃，进/出水温度45℃/55℃；

　　热泵热水机与其他热水器的运行费用经济性分析

　　若1吨自来水从15℃升温至55℃，则需热量40000KCAL。

　　直热式空气能热泵热水机组工程各个季度运行费用计算

　　本工程热水项目日用热水量按25吨，其各个季度运行费用计算如下：

　　夏季：自来水温度为15度，升温至55度，能效率为430%，运行时间为235天；

　　过度季节：自来水温度为15度，升温至55度，能效率400%，运行时间为50天；

　　冬季：自来水温度为15度，升温至55度，能效率为380%，运行时间为80天。

　　（一）夏季运行费用分析计算如下：

　　1.热负荷计算

　　日用水量m=25000L

　　所需热负荷Q=cm△t=1×25000×（55℃-15℃）=1000000（kcal）

　　2.空气能热泵热水器运行费用

　　耗电量：1000000÷860÷4.3÷0.95=284.6（度/天）

　　运行费用：284.6×0.8=227.7（元/天）

　　平均费用：9.1（元/吨）

　　则夏季总运行费用为227.7(元/天)×235天=53509.5元

　　（二）过度季节运行费用分析计算如下：

　　1.热负荷计算

　　日用水量m=25000L

　　所需热负荷Q=cm△t=1×25000×（55℃-15℃）=1000000（kcal）

　　2.空气能热泵热水器运行费用

　　耗电量：1000000÷860÷4.0÷0.95=306（度/天）

　　运行费用：306×0.8=244.8（元/天）

　　平均费用：9.8（元/吨）

　　则过度季节总运行费用为244.8（元/天）×50天=12240元

　　（三）冬季运行费用分析计算如下：

　　1.热负荷计算

　　日用水量m=25000L

　　所需热负荷Q=cm△t=1×25000×（55℃-15℃）=1000000（kcal）

　　2.空气能热泵热水器运行费用

　　耗电量：1000000÷860÷3.8÷0.95=322（度/天）

　　运行费用：322×0.8=257.6（元/天）

　　平均费用：10.3（元/吨）

　　则冬季总运行费用为257.6（元/天）×80天=20608元

　　则本项目每年总运行费用为53509.5元+12240元+20608=86357.5元。

　　对一吨水从15℃加热到55℃各加热设备所使用的运行成本计算如下：

　　1.燃气锅炉运行费用计算

　　天然气热值8500kCal/m3，效率90%，管道热损失5%，天然气3.4元/立方。

　　耗气量：40000÷8500÷0.9÷0.95=5.（立方/天）

　　运行费用：5.5*3.4=18.7（元/吨）

　　故对每天加热25吨55℃热水其年运行费用=18.7元/吨×25吨×365天=170637.5元。

　　2.燃油锅炉运行费用计算

　　轻柴油热值12000kcal/kg，效率80%，管道热损失5%，5.6元/kg。

　　耗油量：40000÷12000÷0.8÷0.95=4.4（kg/天）

　　运行费用：4.4*5.6=24.64（元/吨）

　　故对每天加热25吨55℃热水其年运行费用=24.64元/吨×25吨×365天=224840元。

　　总结

　　在未来的10~20年，各方面信息显示，矿物燃料的紧缺不会缓解，其价格将会不断攀升。因此使用燃烧加热热水方式的热能设备，无论是燃油或者燃气都将面临运行成本上涨的压力，还涉及到废气排放及噪音控制等环境监控的投入，同时也具有一定的安全隐患。

　　空气能热泵热水设备是新一代的节能环保产品，符合当前建设节能社会的国策。该系统采用热泵逆卡诺原理，将空气中的低品位的热能，通过压缩机按热泵方式作功，提升为高品位的热能生产热水，不但环保、安全、管理简单（全自动控制），而且不受天气影响全天候运行，是目前所有热水系统中综合经济性能最好的一种，可以节省可观的运行费用。

　　文/芬尼